(57)【要約】【課題】投影露光装置は露光位置精度や解像度の面で優れているが、初期コストが高いという欠点がある。これに対してプロキシミティー露光方式は、初期コストは安く済むが、特に解像度が低いという欠点がある。ここに記す技術は、プロキシミティー露光方法を用いて高解像度を得る露光方法であり、これにより大幅なイニシャルコストダウンを実現する。【解決手段】露光光源の長波長をカットし、望ましくは単一の短波長のみを使用することによって回折による強度分布を狭くし、さらにコリメーション半角を最適な角度に調節することによって干渉による強度分布を適正にすることを特徴とし、これによって、プロキシミティー露光での高解像度化を実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３５０ｎｍ以上の波長を含まない短波長の光で露光することを特徴とするプロキシミティー露光方法。
【請求項２】
前記短波長の光が単一輝線の光であることを特徴とする請求項１に記載のプロキシミティー露光方法。
【請求項３】
３５０ｎｍ以上の波長の光に対して吸収ピークをもたず３５０ｎｍ以下の波長の光に対して吸収ピークをもつ感光剤を使用し、少なくとも３５０ｎｍ以下の波長の光を有する光で露光することを特徴とするプロキシミティー露光方法。
【請求項４】
コリメーション半角が、１．３〜１．７°であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプロキシミティー露光方法。
【請求項５】
前記コリメーション半角が、被露光基板表面上の全方位において等方的であり、全方位の誤差が±0.2°以内であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプロキシミティー露光方法。
【請求項６】
（１）  紫外線の長波長側をカットするフィルター
または、
（２）  長波長輝線を持たない露光光源ランプ
により、少なくとも３５０ｎｍ以上の紫外線を使用しない短波長で露光する露光手段を具備することを特徴とするプロキシミティー露光装置。
【請求項７】
前記露光手段が、単一輝線の光を出すことを特徴とする請求項６に記載のプロキシミティ露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソエレクトロニクス分野に関わる露光工程全般、とりわけカラーフィルター製造におけるパターニング露光工程に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ等に用いられるカラーフィルターは、微細な赤、緑、青等のパターンからなる光学素子である。そしてその製造は、ガラス等の透明基板に感光性のレジストを塗布、露光、現像等の工程からなり、各色について同様の工程が繰り返される。以下カラーフィルター露光工程の観点から従来の技術及び課題について説明する。
【０００３】
露光工程は、塗布レジスト中のモノマーを光重合させ、架橋硬化させる工程である。原版であるマスクパターンと同様のパターンを基板に転写する工程で、フォトリソ工程の中でもパターンの形状を左右する重要な工程である。
【０００４】
カラーフィルターの露光方法には、現在、プロキシミティー露光方式と投影露光方式が主に採用されている。プロキシミティー露光方式とは、マスクと被露光基板にギャップを空けた状態で平行光を照射し、マスクパターンをダイレクトに投影する方法である。
【０００５】
これに対して、投影露光方式は、マスクを透過した光を一度プロジェクションミラー、またはプロジェクションレンズを介することによって、被露光基板上に焦点を結ぶ。つまり、マスクの像を被露光基板上に結像させる方法である。
【０００６】
投影露光方式は、像を結像させる機構を持つために、解像度が非常に高いという特徴がある。また、結像過程において、光学的に像を補正することができるため、仮にマスクが歪んでいる場合にも、それを正しい形状に補正することができる。
【０００７】
年々、カラーフィルター製造ラインは大型化の一途をたどっている。この背景には、とりわけ市場の需要に伴うディスプレイの大型化が関与しているが、このことはフォトリソラインの各工程に大きな負荷を生じさせる。露光工程もその例外ではない。
【０００８】
露光工程においては、基板の大型化にともない、マスクの大型化という問題がある。また、マスクを移動して分割露光するステップ露光の必要性も生じるため、まず第一にパターンの露光位置精度が悪化する。特に、カラーフィルターの基本マトリックスとなるブラックマトリックスのパターン位置精度は重要である。
【０００９】
また、マスクの大型化は、マスク自体の撓みを発生する。したがって、プロキシミティー露光のような被露光基板とマスクを近接させて露光する場合、基板−マスク間のギャップに不均一性が生じる。そして、最悪の場合は基板とマスクが接触してしまい、不良発生の原因となる。
【００１０】
以上に述べたように、基板大型化による露光位置精度の悪化、及びマスクの撓みによる悪影響を回避するため、とりわけブラックマトリックスの露光工程では投影露光方式が採用されることが多い。投影露光方式を採用することにより、露光位置精度は光学的に補正することが可能となり、マスクと基板が近接していないために、マスクの撓みによる悪影響も回避できる。
【００１１】
また、投影露光方式の利点として、高解像度が挙げられる。現在、大型基板化と平行して高精細化も一層進み、露光パターンは細線化、複雑化の傾向にある。したがって、投影露光方式の採用はより意味深いものとなっている。
【００１２】
しかし、投影露光装置の欠点として、イニシャルコストが高いという点が挙げられる。これは装置構成、とりわけ光学系が複雑になるためで、現在プロキシミティー露光装置の数倍の価格とされている。
【００１３】
カラーフィルター製造ラインにおいて、初期コストはランニングコストと同様に重要なファクターであり、露光装置が投影露光方式へ移行することは、収益面で望ましい形態とは言えない。従来のプロキシミティー露光方式で大型基板対応、及び高精細化に対応する方法を検討する必要がある。
【００１４】
パターン位置精度やマスク歪みによるギャップばらつきは、マスクパターンの精度と装置のアライメント精度を上げる以外に手段は無いが、解像度向上による高精細化については、光学系や材料の観点から解決する必要がある。
【００１５】
つまり、装置のアライメント精度を向上させることにより、マスクパターン位置精度の問題は解決できる。したがって、光学系や材料の調整により解像度の向上を実現できれば、プロキシミティー露光方式が投影露光方式の代替と成り得る。
【特許文献１】特開２００１‐１１１２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、プロキシミティー露光の光学条件を制約することによって、露光パターンの高解像度化を実現し、投影露光方式の代替と成り得るプロキシミティー露光方式を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１に記載の発明は、
３５０ｎｍ以上の波長を含まない短波長の光で露光することを特徴とするプロキシミティー露光方法である。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、
前記短波長の光が単一輝線の光であることを特徴とする請求項１に記載のプロキシミティー露光方法である。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、
３５０ｎｍ以上の波長の光に対して吸収ピークをもたず３５０ｎｍ以下の波長の光に対して吸収ピークをもつ感光剤を使用し、少なくとも３５０ｎｍ以下の波長の光を有する光で露光することを特徴とするプロキシミティー露光方法である。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、
コリメーション半角が、１．３〜１．７°であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプロキシミティー露光方法である。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、
前記コリメーション半角が、被露光基板表面上の全方位において等方的であり、全方位の誤差が±０．２°以内であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプロキシミティー露光方法である。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、
（１）紫外線の長波長側をカットするフィルター
または、
（２）長波長輝線を持たない露光光源ランプ
により、少なくとも３５０ｎｍ以上の紫外線を使用しない短波長で露光する露光手段を具備することを特徴とするプロキシミティー露光装置である。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、
前記露光手段が、単一輝線の光を出すことを特徴とする請求項６に記載の露光装置である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は以上の構成であるから、以下に示す如き効果がある。すなわち、少なくとも３５０ｎｍ以上の紫外線を使用しない短波長で露光することによって、マスク表面での光の回折による強度分布の広がりを抑制し、被露光基板面での光強度ピークをシャープにすることによって、解像度を向上させる。
【００２５】
また、上記短波長露光において、３５０ｎｍ以下の単一輝線のみを使用して露光することによって、パターンの直進性を高める効果がある。これは、各輝線毎に回折による強度分布が異なるため、強度の異なる複合輝線を照射すると、強度分布の等高線がガタツキ、結果、パターンの直進性が悪くなると考えられる。
【００２６】
また、上記短波長露光において、その光学設計となるコリメーション半角を、１．３〜１．７°の範囲に調整することによって、光の干渉による強度分布を適正にし、解像度を向上させる。
【００２７】
また、前記コリメーション半角は、被露光基板表面上の全方位において等方的であり、全方位の誤差が±0.2°以内にすることによって、複雑形状のパターンにおいても、異方性を持つことなく、マスクパターン形状の転写再現性を向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明による高解像度プロキシミティー露光方法について、その実施の形態に基づいて説明する。
【００２９】
図１は、本発明の短波長露光方法において、ランプ光源から発光された紫外線が被露光基板に到達するまでの光路を示したものである。１のランプから発せられた光は２の楕円鏡で３の熱線カットフィルターへ集光される。
【００３０】
熱線カットフィルターにて赤外線領域の波長をカットされた光は、４の波長選択フィルターを通った後、５のインテグレーターレンズに集められる。インテグレーターレンズと６のコリメーションミラーによって強度分布を均一化された光は７の反射ミラーを介して基板に照射される。８はマスク、９は感光剤、１０はガラス基板である。
【００３１】
ランプ光源は、短波長の出やすいランプを選定し、ミラー系、特に楕円ミラーは短波長紫外線を反射する材質を選定する必要がある。ミラー系で短波長を吸収してしまうと、露光面で必要となる短波長が充分得られない。
【００３２】
コリメーション半角は、インテグレーターレンズ５の大きさと、インテグレーターレンズ５からコリメーションミラー６までの距離の関係で決まる。インテグレーターレンズ５のサイズが小さいほど、また、インテグレーターレンズ５からコリメーションミラー６までの距離が大きいほど、コリメーション半角は小さくなる。
【００３３】
波長選択フィルター４は、３５０ｎｍ以上の紫外線をカットし、なおかつ特定短波長のみを通すバンドパスフィルターとし、インテグレーターレンズ５手前、または直後に設置するものとする。また、フィルターサイズは集光した光領域以上をカバーできるサイズとする。長波長ほどマスク透過後の強度分布は広くなり、微細パターンを解像しにくい。とりわけ、３５０ｎｍ以上の波長でこの傾向は強くなる。
【００３４】
コリメーション半角は１．３〜１．７°に調整するものとし、インテグレーターレンズ５のサイズ、またはインテグレーターレンズ５からコリメーションミラー６までの距離を操作することによって調整する。コリメーション半角が小さいほど、強度分布は狭くなり、解像性は上がるが、１．３°より下げると形状の歪みが発生する。逆に１．７°より大きくなると、強度分布の広がりにより全体に丸みをおびてくる。
【００３５】
コリメーション半角を全方位において等方性を持たせるために、インテグレーターレンズ５のエレメントは円形に近いものを採用する。また、エレメントを組み合わせたレンズの全体形状も円形に近いものとする。理想的には、円形のエレメントを組み合わせて円形のインテグレーターレンズ５を作ることが望ましいが、光量の損失を考慮すると多角形のエレメントを組み合わせる方法等をとる。
コリメーション半角が、被露光基板表面上の全方位において等方的であり、全方位の誤差が±０．２°以内が望ましい。±０．２°以上だと、とりわけ複雑な形状のパターニングに際してコリメーショ半角の異方性の影響により形状に歪みを生じる。
【００３６】
コリメーションミラー６には、通常凹面鏡による反射方式を使うが、凸レンズによる透過方式を採用してもかまわない。また、反射レンズは被露光基板に平行光を入射させるために使用するもので、レイアウトによっては無くてもかまわない。
【００３７】
マスク8と基板１０のギャップはセンサーにより自動調節される機構を持つが、ギャップの設定値は１５０μm以上が望ましい。これは、マスクと基板間に異物が存在した場合に、ギャップが狭いとマスク８を傷つけてしまうためである。
【実施例１】
【００３８】
以下、具体的な運用方法について説明する。
【００３９】
光源ランプには水銀ショートアークランプを使用し、２００ｎｍ〜３００ｎｍの短波長輝線を発するものを選定した。
【００４０】
楕円ミラーには、短波長紫外線を反射しやすいアルミニウム膜を蒸着したものを使用し、他の光学ミラーも同様の処理をほどこしたものを使用した。
【００４１】
インテグレーターレンズのエレメントには円形のものを使用し、エレメントを組み合わせたレンズ形状も円形に近いものとした。
【００４２】
波長選択フィルターには、２５４ｎｍ付近の紫外線のみを通す単一波長透過フィルターを使用した。
【００４３】
コリメーション半角は１．５°にて実施した。なお、コリメーション半角は、インテグレーターレンズの中心を基点に円形の開口治具を取り付けることによって調整した。円の半径はインテグレーターレンズとコリメーションの距離から換算した。
【００４４】
マスクと基板のギャップは２００μｍ固定で実施した。
【実施例２】
【００４５】
次に、他の具体的な運用方法について説明する。
【００４６】
光源ランプには、短波長輝線を含む高圧水銀ランプを使用し、楕円ミラーを含む光学系の反射板の材料には、３５０ｎｍ以上の波長を吸収する蒸着膜を選定し、光成分から長波長をカットした。
【００４７】
その他光学系、および露光条件については、実施例１と同様の方法にて実施した。ただし、ここで波長選択フィルターは使用しなかった。
【実施例３】
【００４８】
更に、もう一つの他の具体的な運用方法について説明する。
【００４９】
感光剤中の主に開始剤の種類を変え、３５０ｎｍ以下の波長のみを吸収して光架橋する材料を調合し、使用した。
【００５０】
その他光学系、および露光条件については、実施例１と同様の方法にて実施し、実施例２と同様、波長選択フィルターは使用しなかった。
【００５１】
実施例１の方法にて露光した結果、解像可能な等間隔ライン＆スペースの線幅が、約４μm小さくなった。また、直角９０°の矩形パターンのコーナーＲ値を、約3μm低下させることができた。以上により、解像度は大幅に向上した。
【００５２】
実施例２，３の方法にて露光した結果、単一短波長で露光していない分、若干実施例１よりも解像度は低かったが、通常の露光条件と比較した場合よりは解像性の高いパターンが得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】露光装置の説明図。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・露光光源ランプ
２・・・楕円ミラー
３・・・熱線カットフィルター
４・・・波長選択フィルター
５・・・インテグレーターレンズ
６・・・コリメーションミラー
７・・・反射ミラー
８・・・マスク
９・・・感光剤
１０・・・ガラス基板
【図１】
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